機(jī)械力化學(xué)法制備鈦酸鹽陶瓷粉體.pdf

1、鈦酸鎂瓷為國內(nèi)外大量使用的高頻熱穩(wěn)定電容器瓷之一，但鈦酸鎂瓷的介電常數(shù)較小，并且介電常數(shù)的溫度系數(shù)絕對值很小，通過加入CaTiO3或SrO可以使其介電性能得到改善，獲得一系列介電常數(shù)及溫度系數(shù)不同的瓷料，滿足不同場合的需要。鈦酸鋇瓷具有優(yōu)良的壓電及介電性能，但這些性能隨溫度和時(shí)間的變化大，在鈦酸鋇中添加少量CaTiO3形成固溶體，就可以改善它的溫度及時(shí)間穩(wěn)定性。 本研究中采用的高能球磨法制備鈦酸鹽陶瓷粉體充分利用高能球磨過程中的

2、機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致組分間的常溫固相反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)材料的機(jī)械力化學(xué)合成。此法直接制備最終產(chǎn)物通常需要較長時(shí)間的機(jī)械處理，所以常常用來制備前驅(qū)體，再將此前驅(qū)體在較低溫度下燒結(jié)成陶瓷。 本論文的主要研究內(nèi)容為采用高能球磨裝置行星磨分別對TiO2-MgO-SrO體系(在部分試樣中分別摻加一定量的CaO或SrO)和TiO2-BaO-CaO體系(在部分試樣中分別摻加一定量的Pb3O4或CaO)用高球磨法進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)處理，借助XRD、SE

3、M等手段對球磨后混合粉體的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，探索各組分在球磨作用下組織性能變化的規(guī)律和機(jī)理，并將經(jīng)過機(jī)械力化學(xué)活化的物料成型在不同溫度下燒結(jié)，借助多種檢測手段分析機(jī)械力化學(xué)處理對粉體燒結(jié)性能及對燒成溫度的影響，以及摻雜物加入量對MgTiO3和BaTiO3陶瓷電學(xué)性能的影響。上述所有的實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)對比實(shí)驗(yàn)。 研究結(jié)果顯示，Ti02-MgO-SrO體系和TiO2-BaO-CaO體系各自的混合物經(jīng)高能球磨后，球磨初期，隨著

4、時(shí)間的延長，粉末的粒度急劇下降；進(jìn)一步球磨，尺寸逐漸趨于穩(wěn)定。球磨6h，可生成相應(yīng)的鈦酸鹽前驅(qū)體。說明在球磨前期，輸入的機(jī)械能主要用于混合原料顆粒的細(xì)化；隨著球磨過程的繼續(xù)，當(dāng)粉末發(fā)生相變時(shí)，首先形成亞穩(wěn)相(過飽和固溶體、非晶相等)，再延長球磨時(shí)間，亞穩(wěn)相逐步向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變，粉末不再細(xì)化。因此，適度的控制球磨時(shí)間，是獲得所需產(chǎn)物的一個(gè)重要因素。 球磨后的鈦酸鹽前驅(qū)體在1200℃下燒結(jié)即可獲得晶粒發(fā)育完善、結(jié)構(gòu)致密的燒結(jié)體，這比通常

5、的燒結(jié)溫度要低200℃以上。經(jīng)8h球磨后于1250℃燒結(jié)后的燒結(jié)體密度可達(dá)其理論值的95％左右，孔隙率較低，且具有較好的力學(xué)強(qiáng)度和介電性能。TiO2-MgO-SrO體系摻雜后燒結(jié)體介電性能隨著鎂鈣比的不同而有較為明顯的變化，當(dāng)鈣的比例升高時(shí)，燒結(jié)體的介電常數(shù)也逐步提高，適當(dāng)比例鈣的加入可以使得燒結(jié)體具有理想的介電常數(shù)溫度系數(shù)。TiO2-BaO-CaO體系摻雜后生成的CaTiO3使燒結(jié)體介電常數(shù)提高，當(dāng)CaTiO3=5.0％時(shí)介電常數(shù)最大

6、；隨著CaTiO3相的增加，燒結(jié)體的損耗值變大，而介電常數(shù)隨著溫度變化率的絕對值減小。為便于進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)對比實(shí)驗(yàn)，同時(shí)采用自行設(shè)計(jì)的攪拌磨研究將TiO2、TiO2與CaO混合的粉體，按不同球磨時(shí)間球磨后，其粒度、晶型轉(zhuǎn)變情況以及溫度的變化。并對上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行測試分析，XRD結(jié)果顯示，在現(xiàn)有的球磨時(shí)間內(nèi)，TiO2并沒有發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，CaO和TiO2混合粉體球磨6h沒有顯示新物質(zhì)如CaTiO3生成?？赡苁怯捎跅l件所限，自身設(shè)計(jì)的攪拌磨電